JP2005217928A - カメラモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型、薄型の構成で、拡大写真機能を有し、優れた画質を得ることの出来るカメラモジュールを実現する。
【解決手段】 少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、少なくとも1つの前記レンズは、ステージ部を備えるステージ付レンズであり、前記移動手段は、前記ステージ付レンズを支持するレンズ用支持手段と、前記ステージ付レンズを移動させる少なくもと1つのアクチュエータと、を有するカメラモジュール。
【選択図】 図1
【解決手段】 少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、少なくとも1つの前記レンズは、ステージ部を備えるステージ付レンズであり、前記移動手段は、前記ステージ付レンズを支持するレンズ用支持手段と、前記ステージ付レンズを移動させる少なくもと1つのアクチュエータと、を有するカメラモジュール。
【選択図】 図1
Description
本発明は小型、薄型で、手ぶれ補正機能、拡大写真機能、自動焦点機能を備えたカメラモジュ−ルに関するものである。
カメラが搭載された携帯電話などの携帯機器が普及し、その携帯機器のより小型化、薄型化、高性能化に伴い、小型、薄型、高性能なカメラモジュールが要求されている。
従来のカメラモジュールとしては、特許文献1に示されているように組み合わせレンズと撮像素子を用いるものであった。図25は、小型、薄型の従来のカメラモジュール用のズームレンズの構成図である。
図25において、本ズームレンズは両面凹レンズ901からなる第1のレンズ群と、両凸レンズ902よりなる第2のレンズ群と、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等よりなるガラスフィルタ903と、光量を制限する絞り904と、から構成されている。この構成において、第1のレンズ群と第2のレンズ群は光軸方向にそれぞれ別々に動き、広角から望遠まで変倍動作を行いながら、変倍動作に伴う像面補正を行う。
従来発明では、ズーム、像面補正に必ずレンズを光軸方向に移動させる必要があった。これは、光学系を設計する際には、可動部の長さを加味し光学長を設計しなければならず、カメラモジュール、特にレンズを小型化、薄型化するには大きな妨げとなっていた。
従来のカメラモジュールの焦点距離制御機能を司るアクチュエータに圧電方式を用いるものがあった。(例えば、特許文献2参照)
図26は、小型、薄型の従来のカメラモジュールの使用された圧電方式のアクチュエータの構成図である。図26において、911は台、912は保持ブロック、913は支持ブロック、914は圧電素子、915は駆動軸、916は摩擦稼動部である。
図26は、小型、薄型の従来のカメラモジュールの使用された圧電方式のアクチュエータの構成図である。図26において、911は台、912は保持ブロック、913は支持ブロック、914は圧電素子、915は駆動軸、916は摩擦稼動部である。
保持ブロック912が圧電素子914を固定し、支持ブロック913が駆動軸915を支えている。圧電素子914にゆっくりと電圧を加えてのばし、摩擦稼動部916を移動させ、急に電圧を除くと圧電素子914は縮んで元の長さに戻るが、摩擦稼動部916は慣性で動かず、結果として摩擦稼動部916を移動させることができる。摩擦稼動部916に移動させたいものを取り付ければ、圧電素子に電圧を加えたり、急に電圧を除いたりして、その物を移動させることができる。
特開2003−255225号公報
特開平7−298656号公報
ところで、上記のように組み合わせレンズを用いるために薄くすることが出来ず、薄型の携帯機器に搭載するには大きな問題を有していた。
また、従来の組み合わせレンズの場合のように、少なくとも1枚のレンズを光軸方向に移動させることにより、撮像素子上に結像する像の大きさを変化させる事では、組み合わせレンズの厚みに加え移動レンズの移動長もレンズ系の光学長を長くする要因となり、カメラモジュールを薄くすることが困難であった。
この課題に対して、従来技術では、レンズを固定とし撮像素子に結像される像の一部を信号処理で切り出し、それを信号処理で拡大するデジタルズーム技術を用いていたが、解像度が劣化し撮像素子が有する解像度で拡大画像を得ることは不可能だった。
そこで、本発明は、従来の課題を解決し、小型で、薄型、かつ焦点制御機能、優れた拡大写真機能を有するカメラモジュールを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明に係るカメラモジュールは、少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、少なくとも1つの前記レンズは、ステージ部を備えるステージ付レンズであり、前記移動手段は、前記ステージ付レンズを支持するレンズ用支持手段と、前記ステージ付レンズを移動させる少なくもと1つのアクチュエータと、を有する、ものである。
このように、レンズとステージが一体であることにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、組立精度がよい。さらに、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記ステージ付レンズは、略直方体である、ものでもよい。
このように、レンズをステージと一体化し、略直方体にすることにより、有効的に移動手段を配置できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、前記コイルは、前記ステージ付レンズに配置される、ものでもよい。
このように、アクチュエータとしてボイスコイルモータを利用するにあたり、レンズに直接コイルを配置することにより、ボビン等の部品が不要であり、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記ステージ付レンズは、外周に溝が配置され、前記コイルは、前記溝に巻回される、ものでもよい。
このように、レンズの最外周に巻線することにより、ボビンや絶縁紙が不要となり、カメラモジュールを薄型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、前記ステージ付レンズは、穴が配置され、前記ヨークは、片端が前記穴にギャップを有し挿入される、ものでもよい。
このように、アクチュエータとしてボイスコイルモータを利用するにあたり、レンズに直接穴を空け、ヨークを配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記ステージ付レンズは、少なくとも1つの穴が配置され、前記支持部は、前記穴に挿入されるピンを有する、ものでもよい。
このように、レンズに直接ピン用の穴を配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記移動手段は、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に平行な方向に変化させる動作と、を有する、ものでもよい。
このように、レンズのみを動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記移動手段は、前記ステージ付レンズを光軸方向に平行な方向に変化させることにより前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に平行な方向に変化させる動作を実現し、前記ステージ付レンズを光軸方向に垂直な方向から傾けることにより前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作を実現する、ものでもよい。
このように、レンズを傾け、レンズ系と撮像素子との相対位置をレンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、同一のアクチュエータにより動作できるため、部品種類を削減し、カメラモジュールの低コスト化を実現する。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記支持部は、弾性体であり、端部がステージ付レンズに固定される、ものでもよい。
このように、弾性体によりレンズを支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、前記コイルは、前記ステージ付レンズに配置され、両端子がそれぞれ電極としてステージ付レンズに配置され、 前記支持部は、導電性弾性体と、前記導電性弾性体を支持する支持棒と、有し、前記導電性弾性体は、端部が板状であり、前記端部が前記電極と接触する、ものでもよい。
このように、レンズを支持するばねとコイルへの給電のブラシとを兼用することにより、コイルへの給電部を削減できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、前記撮像素子が配置される1つの撮像素子ステージを有し、前記移動手段は、前記撮像素子ステージを移動させる少なくとも2つ以上のアクチュエータを有する、ものでもよい。
このように、2つのステージを利用せず、撮像素子を1つのステージに配置し2つ以上のアクチュエータで移動させることにより、ステージを薄型化でき、カメラモジュールを薄型化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記移動手段は、前記撮像素子ステージの移動を規定するガイドを有し、前記ガイドを利用し位置決めする、ものでもよい。
このように、ガイドにより機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、前記支持部は、弾性体であり、端部が撮像素子ステージに固定される、ものでもよい。
このように、弾性体によりステージを支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、前記移動手段は、前記ステージ付レンズと前記撮像素子ステージとの少なくとも1つの位置を測定し、あるべき位置と比較し、学習を行う、ものでもよい。
このように、位置を測定し、あるべき位置と比較し、学習を行うことにより、温度特性が変化するアクチュエータであっても、フォードフォワード制御で精度良く制御ができ、簡易な位置センサで十分な精度を実現できるため、カメラモジュールを小型化できる。
以上のように、本発明により、レンズとステージが一体であることにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、組立精度がよい。さらに、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、レンズをステージと一体化し、略直方体にすることにより、有効的に移動手段を配置できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、アクチュエータとしてボイスコイルモータを利用するにあたり、レンズに直接コイルを配置することにより、ボビン等の部品が不要であり、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、レンズの最外周に巻線することにより、ボビンや絶縁紙が不要となり、カメラモジュールを薄型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、アクチュエータとしてボイスコイルモータを利用するにあたり、レンズに直接穴を空け、ヨークを配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、レンズに直接ピン用の穴を配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。
また、レンズのみを動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、レンズを傾け、レンズ系と撮像素子との相対位置をレンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、同一のアクチュエータにより動作できるため、部品種類を削減し、カメラモジュールの低コスト化を実現する。
また、弾性体によりレンズを支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、レンズを支持するばねとコイルへの給電のブラシとを兼用することにより、コイルへの給電部を削減できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、低コスト化できる。
また、2つのステージを利用せず、撮像素子を1つのステージに配置し2つ以上のアクチュエータで移動させることにより、ステージを薄型化でき、カメラモジュールを薄型化できる。
また、ガイドにより機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、弾性体によりステージを支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、位置を測定し、あるべき位置と比較し、学習を行うことにより、温度特性が変化するアクチュエータであっても、フォードフォワード制御で精度良く制御ができ、簡易な位置センサで十分な精度を実現できるため、カメラモジュールを小型化できる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態のカメラモジュールの概要を示す構成図である。
図1において、1はレンズ系、2は撮像素子、3は移動部、4は演算回路である。レンズ系1は、光を曲げる役割のレンズ素子を含んでいる。撮像素子2は、例えば、CCDやCMOSを用いて構成され、レンズ系1を透過した光の情報を電気信号に変換し出力する。移動部3は、レンズ系1と撮像素子2との相対位置を変化させる。演算回路4は、RISCマイコンやDSPを用いて構成され、撮像素子2の出力信号に基づき画像情報を演算する。
図2は、本発明の第1の実施の形態のカメラモジュールの斜視図であり、図3は、本発明の第1の実施の形態のカメラモジュールの断面図である。ここで、図2において、x、y、zと矢印で示すように、撮像平面と垂直方向(光軸方向)(図2において、上下方向)をz軸方向とする。また、撮像平面の1方向(光軸方向と垂直な1方向)(図2において左右方向)をx軸方向とする。さらに、x軸方向と垂直であり、撮像平面の1方向(光軸方向と垂直な1方向)(図2において前後方向)をy軸方向とする。
10は、ステージ付レンズであり、プラスチックやガラスなどから構成される。図4(a)は、本発明の第1の実施の形態のステージ付レンズの断面図であり、図4(b)は、本発明の第1の実施の形態のステージ付レンズの下面図である。
ステージ付レンズ10は、z方向に位置を移動する。ステージ付レンズ10は、レンズ部11と、アクチュエータ用穴12と、第1のピン用穴13aと、第2のピン用穴13bとを含んで構成される。レンズ部11は、レンズ素子であり、光を曲げる役割をする。アクチュエータ用穴12は、後述のヨークが挿入される。第1のピン用穴13aおよび第2のピン用穴13bは、それぞれ後述のピンが挿入される。33は、z軸アクチュエータ用コイルであり、後述する。図1におけるレンズ系1は、図2におけるレンズ部11を示す。
21は、撮像素子であり、22は、撮像素子用ステージである。図5は、本発明の第1の実施の形態の撮像素子と撮像素子用ステージの斜視図である。
撮像素子21は、例えば、CCDやCMOSを用いて構成され、レンズ系1を透過した光の情報を電気信号に変換し出力する。撮像素子用ステージ22は、例えば、樹脂を用いて構成され、撮像素子21が配置され、xy方向に位置を移動する。43aは、x軸アクチュエータ用コイルであり、43bはy軸アクチュエータ用コイルであり、後述する。図1における撮像素子2は、図2、図5における撮像素子21を示す。
30は、z軸アクチュエータである。図6(a)は、本発明の第1の実施の形態のz軸アクチュエータの上面図であり、図6(b)は、本発明の第1の実施の形態のz軸アクチュエータの断面図である。
z軸アクチュエータ30は、z軸アクチュエータ用ヨーク31と、z軸アクチュエータ用磁石32と、z軸アクチュエータ用コイル33と、を含んで構成される。z軸アクチュエータ用ヨーク31は、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで長方形に切断し、コの字状に折り曲げて形成する。z軸アクチュエータ用磁石32は、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、z軸アクチュエータ用ヨーク31の内側の側面に配置され、図6に示すように着磁される。z軸アクチュエータ用コイル33は、自己溶着線などで長方形状に積層巻回される。図2のように、z軸アクチュエータ用ヨーク31は、後述のベース60の上面に配置される。また、図2、図4のように、z軸アクチュエータ用コイル33は、ステージ付レンズ10の下面にアクチュエータ用穴12の周りを電流が回るように配置される。
40aは、x軸アクチュエータである。図7(a)は、本発明の第1の実施の形態のx軸アクチュエータの断面図であり、図7(b)は、本発明の第1の実施の形態のx軸アクチュエータの側面図である。
x軸アクチュエータ40aは、x軸アクチュエータ用ヨーク41aと、x軸アクチュエータ用磁石42aと、x軸アクチュエータ用コイル43aと、を含んで構成される。x軸アクチュエータ用ヨーク41aは、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで切断し、コの字状に折り曲げて形成する。ここで、片方の側面の幅は、他方の側面の幅より大きいように形成する。x軸アクチュエータ用磁石42aは、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、x軸アクチュエータ用ヨーク41aの内側の側面で幅が大きい側に配置され、図7に示すように着磁される。x軸アクチュエータ用コイル43aは、自己溶着線などで円筒状に形成される。図2のように、x軸アクチュエータ用ヨーク41aは、後述のベース60の上面に配置される。また、図2、図5のように、x軸アクチュエータ用コイル43aは、撮像素子用ベース22の上面に配置される。
40bは、y軸アクチュエータである。y軸アクチュエータ40bの構成は、x軸アクチュエータ40aと同様であり、説明を省略する。図2、図4のように、y軸アクチュエータ用ヨーク41bは、後述のベース60の上面に配置される。また、図2、図5のように、y軸アクチュエータ用コイル43bは、撮像素子用ベース22の上面に配置される。
50aは、第1のピンである。図8は、本発明の第1の実施の形態の第1のピンの側面図である。第1のピン50aは、SUSなどで構成され、円柱状に形成され、後述のベース60に倒立するように配置され、反対の端は、ステージ付レンズ10のピン用穴13aに挿入される。第1のピン50aには、第1のピン用下部ストッパ52aと、第1のピン用上部ストッパ53aと、が配置される。第1のピン用下部ストッパ52aは、図2において、第1のピン用棒上であって、ステージ付レンズ10よりも下に配置され、ステージ付レンズ10が下方向に落ちることを防止する。第1のピン用上部ストッパ53aは、図2において、第1のピン用棒上であって、ステージ付レンズ10よりも上に配置され、ステージ付レンズ10が上方向に抜けることを防止する。
50bは、第2のピンである。第2のピン50bは、SUSなどで構成され、円柱状に形成され、後述のベース60に倒立するように配置され、反対の端は、ステージ付レンズ10のピン用穴13bに挿入される。第2のピン50bの詳細は、第1のピン50aと同様であり、説明を省略する。
60は、ベースである。ベース60は、樹脂などで構成され、略長方形の板である。図2のように、ベース60は、ほぼ中央部にステージ用掘り込み61を有し、撮像素子用ステージ22が配置される。また、ベース60は、第1のピン50aと、第2のピン50bと、が互いに撮像素子用ステージ22をはさんで配置され、鉛直に倒立している。さらに、z軸アクチュエータ用ヨーク31、x軸アクチュエータ用ヨーク41a、およびy軸アクチュエータ用ヨーク41bの底面の形状とそれぞれ同一の形状を有するz軸アクチュエータ用掘り込み62、x軸アクチュエータ用掘り込み63a、およびy軸アクチュエータ用掘り込み63bと、を有し、それぞれz軸アクチュエータ30、x軸アクチュエータ40a、およびy軸アクチュエータ40bが配置される。また、撮像素子21の受光部の中央と、レンズ部11の中央部がz軸方向にほぼ一致するように配置される。
図9(a)は、本発明の第1の実施の形態の撮像素子用ステージとベースの簡略化した斜視図であり、図9(b)は、本発明の第1の実施の形態の撮像素子用ステージとベースの簡略化した断面図であり、図9(c)は、本発明の第1の実施の形態の撮像素子用ステージの簡略化した下面図である。
図9(a)のように、ベース60は、上面の面積が撮像素子用ステージよりもやや大きいステージ用掘り込み61を有し、撮像素子ステージ22が配置される。図9(b)のように、撮像素子用ステージ22とベース60との間に4つのボール64a、64b、64c、64dが配置されているため、撮像素子用ステージ22とベース60は4つの点で接している。図9(c)のように、撮像素子用ステージ22の裏面には、四角状の溝23a、23b、23c、23dがある。この溝23a、23b、23c、23dにそれぞれボール64a、64b、64c、64dが入り込む。一方、ステージ用掘り込み61には、対応する位置に点状の溝があり、溝23a、23b、23c、23d、およびボール64a、64b、64c、64dと組み合わせ、ガイドを形成する。
次に動作について説明する。
z軸アクチュエータ用コイル33の両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、ステージ付レンズ10が移動する。図6のように、z軸アクチュエータ用磁石32からz軸アクチュエータ用ヨーク31の磁石が配置されない側に向かって磁束(Bで示す)が発生している。ここで、z軸アクチュエータ用コイル33に上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、z軸アクチュエータ用コイル33には下向きのローレンツ力(Fで示す)が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、z軸アクチュエータ用コイル33は下向きに移動する。すなわち、z軸アクチュエータ用コイル33が配置されたステージ付レンズ10が下向きに移動する。反対に、z軸アクチュエータ用コイル33に上面から見て左回りに電流を流すと、z軸アクチュエータ用コイル33には上向きのローレンツ力が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、z軸アクチュエータ用コイル33コイルは上向きに移動する。すなわち、z軸アクチュエータ用コイル33が配置されたステージ付レンズ10が上向きに移動する。
ここで、図8のように、第1のピン50a、および第2のピン50bは、第1のピン用下部ストッパ51aと第2のピン用上部ストッパ52a、および第2のピン用下部ストッパ51bと第2のピン用上部ストッパ52bとを有し、ステージ付レンズ10の移動範囲が制限されるため、ステージ付レンズ10とステージ撮像素子22との接触、およびステージ付レンズ10がピンから抜けることを防止する。
また、x軸アクチュエータ用コイル43aの両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、撮像素子用ステージ22が移動する。図7のように、x軸アクチュエータ用磁石42aからx軸アクチュエータ用ヨーク41aの磁石が配置されない側に向かって磁束(Bで示す)が発生している。ここで、x軸アクチュエータ用コイル43aにx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の開口側から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、x軸アクチュエータ用コイル43aにはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の閉口側向きのローレンツ力(Fで示す)が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、x軸アクチュエータ用コイル43aはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の閉口側向きに移動する。すなわち、x軸アクチュエータ用コイル43aが配置された撮像素子用ステージ22が、図2において左向きに移動する。反対に、x軸アクチュエータ用コイル43aにx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の開口側から見て左回りに電流を流すと、x軸アクチュエータ用コイル43aにはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の開口側向きのローレンツ力が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、x軸アクチュエータ用コイル43aはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の開口側向きに移動する。すなわち、x軸アクチュエータ用コイル43aが配置された撮像素子用ステージ22が、図2において右向きに移動する。
また、y軸の動作の原理は、x軸についてと同様である。y軸アクチュエータ用コイル43bの両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、撮像素子用ステージ22が移動する。y軸アクチュエータ用コイル43bにy軸アクチュエータ用ヨーク41bのコの字の開口側から見て右回りに電流を流すと、発生する力が摩擦などよりも大きければ、y軸アクチュエータ用コイル43bが配置された撮像素子用ステージ22が、図2において手前側に移動する。反対に、y軸アクチュエータ用コイル43bにy軸アクチュエータ用ヨーク41bのコの字の開口側から見て左回りに電流を流すと、発生する力が摩擦などよりも大きければ、y軸アクチュエータ用コイル43bが配置された撮像素子用ステージ22が、図2において奥向きに移動する。
ここで、図9のように、撮像素子用ステージ22は、ステージ用掘り込み61の中に配置され、x軸方向やy軸方向の移動距離は制限されるため、機械的に位置決めできる。また、撮像素子用ステージ22は、図9(b)(c)のようなガイドにより移動方向が制限されるため、機械的に位置決めできる。
このように、z軸アクチュエータ30により、z軸方向である撮像平面と垂直方向(光軸方向)にステージ付レンズ10を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向に変化させる。
また、x軸アクチュエータ40aにより、x軸方向である撮像平面の1方向(図2において左右方向)に撮像素子用ステージ22を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直な1方向に変化させる。
さらに、y軸アクチュエータ40bにより、y軸方向である撮像平面の1方向(図2において前後方向)に撮像素子用ステージ22を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直なもう1方向に変化させる。
以上のようなz軸アクチュエータ30、x軸アクチュエータ40a、およびy軸アクチュエータ40bを有することにより、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向と、互いに垂直な2方向に変化させることができるため、以下のように、ピント合わせ、解像度が劣化しない電子ズームを同時に実現する。
撮像素子2を光軸方向に移動させることにより、ピント合わせが可能となることは明白であるため、ここでは説明を割愛する。
以下、解像度が劣化しない電子ズームについて説明する。
図10、図11は、本発明の実施の形態1におけるカメラモジュールの電子ズームを説明する概念図である。図10において、正方形は撮像素子2の各画素を表す。この1つ1つの画素には1つの赤色波長帯域(R)、2つの緑色波長帯域(G)、および1つの青色波長帯域(B)の受光部を含む。各受光部の中心間隔が2μmのとき、図10における各画素の中心間隔は4μmである。
実施の形態1のカメラモジュールは、撮像素子を所定の距離だけ高速に、x軸方向、y軸方向に移動させ画像データの取り込みを行う。
例えば、図11を用いて、2倍ズームの場合を説明する。
まず、画素の中心が1の位置にある時、第1の画像データを取り込む。次に撮像素子2をx軸方向に2μm動かすことにより1の位置にあった画素の中心は、2の位置に移動する。ここで第2の画像データを取り込む。さらに、y軸方向に2μm動かすことにより、画素中心は3の位置に移動する。ここでも画像データ(第3の画像データ)を取り込む。最後に、x方向に−2μm移動すると画素の中心は4の位置に移動し、第4の画像データの取り込みを行う。以上、4カ所に画素中心がずれて存在する際の画像データを有する。これらの画像データを撮像素子2から演算回路4にて、それぞれのデータを交互に差し込むことにより、4倍の画素数を有する1フレームの画像データを形成することができる。
ここで、図9のように、撮像素子用ステージ22は、ステージ用掘り込み61、あるいはガイドにより機械的に2μmだけ移動するように位置決めされる。
そして、演算回路4によって、元画像データの4倍の画素密度を有するデータの一部を2倍に拡大することにより、元画像データの画素数と同様の画素密度を有する2倍拡大画像データをえる。
ズーム倍率が3倍の場合は、上記2倍拡大と同様に、撮像素子をx方向、y方向に移動させる事により画像データの画素密度を9倍にする。このデータの一部を切り出し、3倍に拡大する事により画素密度の劣化のない3倍ズーム画像を取得することが出来る。
ただし、図9に示す、撮像素子用ステージ22の移動を規定する機構、すなわち、ステージ用掘り込み61やガイドは、適宜、設計変更される。
以上より、小型、薄型でありながら、ピント調整機能による優れた画質と、画質の劣化のない拡大写真機能を有するカメラモジュールを実現することが出来る。
このように、以上のように構成し動作させることにより、以下のような効果を有する。
ステージ付レンズ10が、レンズとステージが一体であることにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、組立精度がよい。さらに、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、ステージ付きレンズ10が、レンズをステージと一体化し、略直方体にすることにより、有効的に移動手段を配置できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、z軸アクチュエータ30のようなボイスコイルモータを利用するにあたり、ステージ付レンズ10に直接z軸アクチュエータ用コイル33を配置することにより、ボビン等の部品が不要であり、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、z軸アクチュエータ30のようなボイスコイルモータを利用するにあたり、ステージ付レンズ10にアクチュエータ用穴12を空け、z軸アクチュエータ用ヨーク31をギャップを持って配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、ステージ付レンズ10に直接第1のピン用穴13a、および第2のピン用穴13bを配置することにより、接合部等がないため、カメラモジュールを小型化できる。
また、2つのステージを利用せず、撮像素子21を撮像素子用ステージステージ22に配置し、x軸アクチュエータ40aとy軸アクチュエータ40bとで移動させることにより、ステージを薄型化でき、カメラモジュールを薄型化できる。
また、撮像素子用ステージ22を、ステージ用掘り込み61より機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、撮像素子用ステージ22を、図9(b)(c)のようなガイドにより機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、z軸アクチュエータ用コイル33をステージ付レンズの下面に配置することにより、空間を有効利用できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、x軸アクチュエータ用コイル43a、およびy軸アクチュエータ用コイル43bを撮像素子用ステージの上面に配置することにより、空間を有効利用できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、支持部50を撮像素子21をはさんで配置することにより、空間を有効利用できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、x軸アクチュエータ40aとy軸アクチュエータ40bとを同一形状にすることにより、部品点数削減し、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、図2において、z軸アクチュエータ30を右側に配置し、x軸アクチュエータ40aを手前に配置し、y軸アクチュエータ40bを左側に配置し、奥側にアクチュエータを配置しないことにより、配線を容易にでき、カメラモジュールを小型化できる。すなわち、3面にアクチュエータを配置し、1面にアクチュエータを配置しないことにより、配線を容易にでき、カメラモジュールを小型化できる。
また、図2において、z軸アクチュエータ30とy軸アクチュエータ40bとを、奥側にずらした位置に配置することにより、z軸アクチュエータ30とx軸アクチュエータ40aとの磁気結合、およびy軸アクチュエータ40bとx軸アクチュエータ40aとの磁気結合を弱くし、各アクチュエータが磁束を有効活用でき、各アクチュエータの出力効率を上げ、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。すなわち、ボイスコイルモータを使用するにあたり、アクチュエータが置かれていない面にアクチュエータをずらして配置することにより、もう1つのアクチュエータとの磁気結合を弱くし、各アクチュエータが磁束を有効活用でき、アクチュエータの出力効率を上げ、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、ベース30に、z軸アクチュエータ用掘り込み62、x軸アクチュエータ用掘り込み63a、およびy軸アクチュエータ用掘り込み63bを設け、機械的に配置することにより、組立を容易にし、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、第1のピン50a、第2のピン50bのみでステージ付レンズ10を支持することにより、少ない部品で支持できるため、ピンが使用する空間が少ないため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、図9(b)のように、撮像素子用ステージ22をボール64a、64b、64c、64dで支持することにより、接触面積を減らし、摩擦を減らし、必要な力を小さくできるため、アクチュエータを小型化し、カメラモジュールを小型化できる。
また、図9(b)(c)のように、撮像素子用ステージ22の裏面に溝23a、23b、23c、23dをもうけ、ベース60のボールが配置される部分に点状の溝を設けることにより、簡単な構成でボール64a、64b、64c、64dの飛散を防止できるため、カメラモジュールを低コストできる。
なお、第1の実施の形態において、ステージ付レンズ10にアクチュエータ用穴12を空け、アクチュエータ用穴12の周りに電流が流れるように、z軸アクチュエータ用コイル33を配置したが、ステージ付レンズ10においてアクチュエータ用穴12の周り削除し、z軸アクチュエータ用コイル33を配置してもよい。この構成により、ステージ付レンズ10の重量を削減でき、z軸アクチュエータの必要な出力を低減できるため、さらにカメラモジュールを小型化できる。
また、第1の実施の形態において、図9(c)のような溝を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図9(d)のように、3方向への溝を用いてもよい。この場合、2倍ズームは以下のように行う。まず、画素の中心が1の位置にある時、第1の画像データを取り込む。次に撮像素子2をx軸方向に2μm動かすことにより1の位置にあった画素の中心は、2の位置に移動する。ここで第2の画像データを取り込む。さらに、x軸方向に−2μm動かし画素の中心は1の位置に戻る。そして、x軸方向に2μm、y軸方向に2μm動かすことにより、画素中心は3の位置に移動する。ここでも画像データ(第3の画像データ)を取り込む。さらに、x軸方向に−2μm、y軸方向に−2μm動かすことにより、画素中心は1の位置に戻る。最後に、y軸方向に2μm移動すると画素の中心は4の位置に移動し、第4の画像データの取り込みを行う。以上、4カ所に画素中心がずれて存在する際の画像データを有する。これらの画像データを撮像素子2から演算回路4にて、それぞれのデータを交互に差し込むことにより、4倍の画素数を有する1フレームの画像データを形成することができる。
このように、撮像素子用ステージ22を、図9(d)ようなガイドにより機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、第1の実施の形態において、図9(a)のように、ベース60に設けたステージ用掘り込み61により、撮像素子用ステージ22の移動を規制したが、図12のように、ベース160に突起161a、161bを設け、撮像素子用ステージ22の裏面の対応する位置に溝を設けることにより、撮像素子用ステージ22の移動を規制してもよい。
このように、撮像素子用ステージ22を、突起161a、161bにより機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、第1の実施の形態において、図2、図4のように、ステージ付レンズ10のアクチュエータ用穴12の周りの下面にz軸アクチュエータ用コイル33を配置したが、図13のように、ステージ付レンズ110の外周に溝114を設け、この溝にz軸アクチュエータ用コイル133を巻回してもよい。
このように、z軸アクチュエータ30のようなボイスコイルモータを利用するにあたり、ステージ付レンズ110に溝114を設け直接z軸アクチュエータ用コイル133を配置することにより、ボビン等の部品が不要であり、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
また、第1の実施の形態において、図6、図7のように、ボイスコイルモータであるz軸アクチュエータ30、x軸アクチュエータ40a、およびy軸アクチュエータ40bを利用したが、図14のようなプランジャ140を利用してもよい。z軸アクチュエータ30の代わりに図14のようなプランジャ140を適宜配置し、ステージ付レンズ10を第1のピン用下部ストッパ52aと、第1のピン用上部ストッパ53aと、第2のピン用下部ストッパ52bと、第2のピン用上部ストッパ53bと、を用いて機械的に位置決めしてもよい。この場合、2点のみの焦点合わせを実現するのみだが、通常撮影とマクロ撮影を実現できる。また、x軸アクチュエータ40a、およびy軸アクチュエータ40bの代わりに図14のようなプランジャ140を2つ適宜配置し、撮像素子用ステージ22をステージ用掘り込み61で機械的に位置決めしてもよい。この場合、2倍の電子ズームを実現できる。
図14は、本発明の第1の実施の形態の変形のプランジャの上面図である。プランジャ140は、プランジャ用ヨーク141と、プランジャ用磁石142と、プランジャ用コイル143と、を含んで構成される。プランジャ用ヨーク141は、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで山形に切断形成する。プランジャ用磁石142は、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、プランジャ用ヨーク141とギャップを持ち、プランジャ用ヨーク141の山形の開口部側に横たわるように配置され、例えば、ゴムのような弾性体150を介し、撮像素子用ステージ22に接続され、図14に示すように着磁される。プランジャ用コイル143は、プランジャ用ヨーク141の中央の突起に巻回される。そして、プランジャ用磁石142にはピン144が設けられ、ピン144を中心に図14の紙面上を回転自在に支持される。
そして、プランジャ用ヨーク141の中央部の突起部がN極(図14において(N)と示す)となるようにプランジャ用コイル143の端子間に電圧を印加し電流を流すと、プランジャ用ヨーク141の両端部はS極となる(図14において(S)と示す)。すると、プランジャ用磁石142のN極とプランジャ用ヨーク141の左端部のS極が引き合い、プランジャ用磁石142のS極とプランジャ用ヨーク141の右端部のS極が反発し合い、プランジャ用磁石142が反時計回り(図14において矢印で示す)に回転し、弾性体150を介し撮像素子用ステージ22を押すため、撮像素子用ステージ22が図14において上方に移動する。この後、プランジャ用コイル143の端子間に電圧を0とし、通電を停止しても、プランジャ用磁石142のN極とプランジャ用ヨーク141の左端部が引き合い、位置を保持する。逆に、プランジャ用ヨーク141の中央部の突起部がS極となるようにプランジャ用コイル143の端子間に電圧を印加し電流を流すと、プランジャ用ヨーク141の両端部はN極となる。すると、プランジャ用磁石142のN極とプランジャ用ヨーク141の左端部のN極が反発し合い、プランジャ用磁石142のS極とプランジャ用ヨーク141の右端部のN極が引き合い、プランジャ用磁石142が時計回りに回転し、弾性体150を介し撮像素子用ステージ22を引くため、撮像素子用ステージ22が図14において下方に移動する。この後、プランジャ用コイル143の端子間に電圧を0とし、通電を停止しても、プランジャ用磁石142のS極とプランジャ用ヨーク141の右端部が引き合い、位置を保持する。
このように、通電により動き、通電停止時は自己位置を保持するようなプランジャ140を用いて、機械的に位置決めすることにより、位置センサを不要化し、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
第2の実施の形態のカメラモジュールの概要は、第1の実施の形態のカメラモジュールの概要と同様であり、図1で示されるため、説明を省略する。
図15は、本発明の第2の実施の形態のカメラモジュールの斜視図であり、図16は、本発明の第2の実施の形態のカメラモジュールの断面図である。ここで、実施の形態1と同様に、図15のように、x軸方向、y軸方向、およびz軸方向を定義する。
210は、ステージ付レンズであり、プラスチックやガラスなどから構成される。図17(a)は、本発明の第2の実施の形態のステージ付レンズの断面図であり、図17(b)は、本発明の第2の実施の形態のステージ付レンズの下面図である。
ステージ付レンズ210は、z方向に位置を移動する。ステージ付レンズ210は、レンズ部211と、アクチュエータ用穴212と、を含んで構成される。レンズ部211は、レンズ素子であり、光を曲げる役割をする。アクチュエータ用穴212は、後述のヨークが挿入される。233は、z軸アクチュエータ用コイルであり、後述する。243aは、x軸アクチュエータ用コイルであり、後述する。243bは、y軸アクチュエータ用コイルであり、後述する。図1におけるレンズ系1は、図15におけるレンズ部211を示す。
21は、撮像素子であり、第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
230は、z軸アクチュエータである。図18(a)は、本発明の第2の実施の形態のz軸アクチュエータの上面図であり、図18(b)は、本発明の第2の実施の形態のz軸アクチュエータの断面図である。
z軸アクチュエータ230は、z軸アクチュエータ用ヨーク231と、z軸アクチュエータ用磁石232と、z軸アクチュエータ用コイル233と、を含んで構成される。z軸アクチュエータ用ヨーク231は、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで長方形に切断し、コの字状に折り曲げて形成する。z軸アクチュエータ用磁石232は、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、z軸アクチュエータ用ヨーク231の内側の側面に配置され、図18に示すように着磁される。z軸アクチュエータ用コイル233は、自己溶着線などで長方形状に積層巻回される。図15のように、z軸アクチュエータ用ヨーク231は、後述のベース260の上面に配置される。また、図15、図17のように、z軸アクチュエータ用コイル233は、ステージ付レンズ210の下面にアクチュエータ用穴212の周りを電流が回るように配置される。
240aは、x軸アクチュエータである。図19(a)は、本発明の第2の実施の形態のx軸アクチュエータの断面図であり、図19(b)は、本発明の第2の実施の形態のx軸アクチュエータの側面図である。
x軸アクチュエータ240aは、x軸アクチュエータ用ヨーク241aと、x軸アクチュエータ用磁石242aと、x軸アクチュエータ用コイル243aと、を含んで構成される。x軸アクチュエータ用ヨーク241aは、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで切断し、コの字状に折り曲げて形成する。ここで、片方の側面の幅は、他方の側面の幅より大きいように形成する。x軸アクチュエータ用磁石242aは、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、x軸アクチュエータ用ヨーク241aの内側の側面で幅が大きい側に配置され、図19に示すように着磁される。x軸アクチュエータ用コイル243aは、自己溶着線などで円筒状に形成される。図15のように、x軸アクチュエータ用ヨーク241aは、後述のベース260の上面に配置される。また、図15、図17のように、x軸アクチュエータ用コイル243aは、ステージ付レンズ210の下面に配置される。
240bは、y軸アクチュエータである。y軸アクチュエータ240bの構成は、x軸アクチュエータ240aと同様であり、説明を省略する。図15のように、y軸アクチュエータ用ヨーク241bは、後述のベース260の上面に配置される。また、図15、図17のように、y軸アクチュエータ用コイル243bは、ステージ付きレンズ210の下面に配置される。
250a、250b、250c、250dは、弾性体である。弾性体250a、250b、250c、250dは、ゴムのようなダンピングが小さい弾性体から構成され直方体の形状で、片端はベース260に固定され、他端はステージ付レンズ210に固定される。ステージ付レンズ210に力が作用すると、ステージ付レンズ210は弾性体250a、250b、250c、250dに支持されつつ、撮像素子21に対する位置を移動する。
260は、ベースである。ベース260は、樹脂などで構成され、略長方形の板である。図15のように、ベース260は、ほぼ中央部に撮像素子21が配置される。また、z軸アクチュエータ用ヨーク231、x軸アクチュエータ用ヨーク241a、およびy軸アクチュエータ用ヨーク241bの底面の形状とそれぞれ同一の形状を有するz軸アクチュエータ用掘り込み262、x軸アクチュエータ用掘り込み263a、およびy軸アクチュエータ用掘り込み263bと、を有し、それぞれz軸アクチュエータ230、x軸アクチュエータ240a、およびy軸アクチュエータ240bが配置される。また、撮像素子21の受光部の中央と、レンズ部211の中央部がz軸方向にほぼ一致するように配置される。さらに、ステージ付レンズ210を支持する弾性体250a、250b、250c、250dが配置される。
次に動作について説明する。
z軸アクチュエータ用コイル233の両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、ステージ付レンズ210が移動する。図18のように、z軸アクチュエータ用磁石232からz軸アクチュエータ用ヨーク231の磁石が配置されない側に向かって磁束(Bで示す)が発生している。ここで、z軸アクチュエータ用コイル233に上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、z軸アクチュエータ用コイル233には下向きのローレンツ力(Fで示す)が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、z軸アクチュエータ用コイル233は下向きに移動する。すなわち、z軸アクチュエータ用コイル233が配置されたステージ付レンズ210が下向きに移動する。反対に、z軸アクチュエータ用コイル233に上面から見て左回りに電流を流すと、z軸アクチュエータ用コイル233には上向きのローレンツ力が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、z軸アクチュエータ用コイル233コイルは上向きに移動する。すなわち、z軸アクチュエータ用コイル233が配置されたステージ付レンズ210が上向きに移動する。
また、x軸アクチュエータ用コイル243aの両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、ステージ付レンズ210が移動する。図19のように、x軸アクチュエータ用磁石242aからx軸アクチュエータ用ヨーク241aの磁石が配置されない側に向かって磁束(Bで示す)が発生している。ここで、x軸アクチュエータ用コイル243aにx軸アクチュエータ用ヨーク241aのコの字の開口側から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、x軸アクチュエータ用コイル243aにはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の閉口側向きのローレンツ力(Fで示す)が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、x軸アクチュエータ用コイル243aはx軸アクチュエータ用ヨーク41aのコの字の閉口側向きに移動する。すなわち、x軸アクチュエータ用コイル243aが配置されたステージ付レンズ210が、図15において左向きに移動する。反対に、x軸アクチュエータ用コイル243aにx軸アクチュエータ用ヨーク241aのコの字の開口側から見て左回りに電流を流すと、x軸アクチュエータ用コイル243aにはx軸アクチュエータ用ヨーク241aのコの字の開口側向きのローレンツ力が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、x軸アクチュエータ用コイル243aはx軸アクチュエータ用ヨーク241aのコの字の開口側向きに移動する。すなわち、x軸アクチュエータ用コイル243aが配置されたステージ付レンズ210が、図15において右向きに移動する。
また、y軸の動作の原理は、x軸についてと同様である。y軸アクチュエータ用コイル243bの両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、ステージ付レンズ210が移動する。y軸アクチュエータ用コイル243bにy軸アクチュエータ用ヨーク241bのコの字の開口側から見て右回りに電流を流すと、発生する力が摩擦などよりも大きければ、y軸アクチュエータ用コイル243bが配置されたステージ付レンズ210が、図15において手前側に移動する。反対に、y軸アクチュエータ用コイル243bにy軸アクチュエータ用ヨーク241bのコの字の開口側から見て左回りに電流を流すと、発生する力が摩擦などよりも大きければ、y軸アクチュエータ用コイル243bが配置されたステージ付レンズ210が、図15において奥向きに移動する。
ここで、図15のように、ステージ付レンズ210は、弾性体250a、250b、250c、250dで支持されているため、変位が大きくなればそれだけ弾性体250a、250b、250c、250dの発生する弾性力が大きくなるため、ステージ付レンズ210の移動範囲は限定される。
このように、z軸アクチュエータ230により、z軸方向である撮像平面と垂直方向(光軸方向)にステージ付レンズ210を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向に変化させる。
また、x軸アクチュエータ240aにより、x軸方向である撮像平面の1方向(図15において左右方向)にステージ付レンズ210を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直な1方向に変化させる。
さらに、y軸アクチュエータ240bにより、y軸方向である撮像平面の1方向(図15において前後方向)にステージ付レンズ210を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直なもう1方向に変化させる。
以上のようなz軸アクチュエータ230、x軸アクチュエータ240a、およびy軸アクチュエータ240bを有することにより、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向と、互いに垂直な2方向に変化させることができるため、以下のように、ピント合わせ、解像度が劣化しない電子ズームを同時に実現する。
撮像素子2を光軸方向に移動させることにより、ピント合わせが可能となることは明白であるため、ここでは説明を割愛する。また、解像度が劣化しない電子ズームの方法は第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
ここで、各アクチュエータの制御方法を説明する。
z軸アクチュエータ230は、演算回路4や、カメラモジュールの上位の演算回路において、オートフォーカス制御を行い、ステージ付レンズ210を上昇させると判断したとき、上昇させる方向にz軸アクチュエータ用コイル233の両端の電圧を変化させる。
x軸アクチュエータ240a、y軸アクチュエータ240bは、高速に変化させる必要があるため、フィードバック制御するためには、精度のよいセンサと高速な演算回路とが必要である。しかし、精度のよいセンサや高速な演算回路はサイズが大きく、カメラモジュールを小型化できない。そこで、フィードフォワード制御がのぞましいが、弾性体250a、250b、250c、250dは、温度変化や経年変化によりその弾性係数が変化する。そこで、それぞれの位置(2倍ズームの場合において、1、2、3、4)に与えるべきx軸アクチュエータ用コイル243aの端子間電圧、y軸アクチュエータ用コイル243bの端子間電圧、z軸アクチュエータ用コイル233の端子間の重畳電圧の初期値をフィードフォワード的に与え、各位置(2倍ズームの場合において、1、2、3、4)に停止時の実際の位置を求め、本来停止すべき位置からのずれに基づき、x軸アクチュエータ用コイル243aに与えるべき端子間電圧、y軸アクチュエータ用コイル243bに与えるべき端子間電圧、およびz軸アクチュエータ用コイル233に重畳すべき端子間電圧を学習し、フィードフォワード的に与える。
具体的には、2倍ズームの場合、以下のように動作させる。
まず、下記式(1)(2)(3)のように、初期値を設定する。vxr1(i)、vxr2(i)、vxr3(i)、vxr4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのx軸アクチュエータ用コイル243aに印加すべき端子間電圧であり、vxr10、vxr20、vxr30、vxr40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのx軸アクチュエータ用コイル243aに印加すべき端子間電圧の初期値である。
また、vyr1(i)、vyr2(i)、vyr3(i)、vyr4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのy軸アクチュエータ用コイル243bに印加すべき端子間電圧であり、vyr10、vyr20、vyr30、vyr40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのy軸アクチュエータ用コイル243bに印加すべき端子間電圧の初期値である。
さらに、vzr1(i)、vzr2(i)、vzr3(i)、vzr4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのz軸アクチュエータ用コイル233に重畳すべき端子間電圧であり、vzr10、vzr20、vzr30、vzr40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのためのz軸アクチュエータ用コイル233に重畳すべき端子間電圧の初期値である。
ここで、iはi番目の画像を得るときであることを示す。このiは、1枚の画像を作成するための画像を取り込む間だけ一定値を保持し、次の画像を作成するための画像を得るときに1だけ増やす。すなわち、位置1から位置2に移動し画像を取り込むまで、位置2から位置3に移動し画像を取り込むまで、位置3から位置4に移動し画像を取り込むまで、一定値を保持する。その後、iを1だけ増加し、位置4から位置1に移動し画像を取り込むまで、一定値を保持し、その後のiに関する動作は繰り返し行う。なお、iの初期値は1である。式(1)(2)(3)において、i=0であることは、初期値を示す。
vxr1(0)=vxr10 (位置1用)
vxr2(0)=vxr20 (位置2用)
vxr3(0)=vxr30 (位置3用)
vxr4(0)=vxr40 (位置4用) ・・・(1)
vyr1(0)=vyr10 (位置1用)
vyr2(0)=vyr20 (位置2用)
vyr3(0)=vyr30 (位置3用)
vyr4(0)=vyr40 (位置4用) ・・・(2)
vzr1(0)=vzr10 (位置1用)
vzr2(0)=vzr20 (位置2用)
vzr3(0)=vzr30 (位置3用)
vzr4(0)=vzr40 (位置4用) ・・・(3)
次に、下記式(4)(5)(6)のように、各アクチュエータの端子間に電圧を印加する。vx(i)、vy(i)、およびvz(i)は、それぞれ、x軸アクチュエータ用コイル243aに印加する端子間電圧、y軸アクチュエータ用コイル243bに印加する端子間電圧、およびz軸アクチュエータ用コイル233に印加する端子間電圧である。
vxr1(0)=vxr10 (位置1用)
vxr2(0)=vxr20 (位置2用)
vxr3(0)=vxr30 (位置3用)
vxr4(0)=vxr40 (位置4用) ・・・(1)
vyr1(0)=vyr10 (位置1用)
vyr2(0)=vyr20 (位置2用)
vyr3(0)=vyr30 (位置3用)
vyr4(0)=vyr40 (位置4用) ・・・(2)
vzr1(0)=vzr10 (位置1用)
vzr2(0)=vzr20 (位置2用)
vzr3(0)=vzr30 (位置3用)
vzr4(0)=vzr40 (位置4用) ・・・(3)
次に、下記式(4)(5)(6)のように、各アクチュエータの端子間に電圧を印加する。vx(i)、vy(i)、およびvz(i)は、それぞれ、x軸アクチュエータ用コイル243aに印加する端子間電圧、y軸アクチュエータ用コイル243bに印加する端子間電圧、およびz軸アクチュエータ用コイル233に印加する端子間電圧である。
位置1のとき、x軸アクチュエータ用コイル243aの端子間にvxr1(i−1)を印加し、y軸アクチュエータ用コイル243bの端子間にvyr1(i−1)を印加し、z軸アクチュエータ用コイル233の端子間にvzr(i)+vzr1(i−1)を印加する。また、位置2のとき、x軸アクチュエータ用コイル243aの端子間にvxr2(i−1)を印加し、y軸アクチュエータ用コイル243bの端子間にvyr2(i−1)を印加し、z軸アクチュエータ用コイル233の端子間にvzr(i)+vzr2(i−1)を印加する。また、位置3のとき、x軸アクチュエータ用コイル243aの端子間にvxr3(i−1)を印加し、y軸アクチュエータ用コイル243bの端子間にvyr3(i−1)を印加し、z軸アクチュエータ用コイル233の端子間にvzr(i)+vzr3(i−1)を印加する。また、位置4のとき、x軸アクチュエータ用コイル243aの端子間にvxr4(i−1)を印加し、y軸アクチュエータ用コイル243bの端子間にvyr4(i−1)を印加し、z軸アクチュエータ用コイル233の端子間にvzr(i)+vzr4(i−1)を印加する。
ここで、i>2のとき、vxr1(i)、vxr2(i)、vxr3(i)、vxr4(i)、vyr1(i)、vyr2(i)、vyr3(i)、vyr4(i)、vzr1(i)、vzr2(i)、vzr3(i)、vzr4(i)は、後述の方法で学習された値を用いる。また、vzr(i)はz軸アクチュエータ用コイル233の端子間に印加すべき電圧であり、前述のオートフォーカス制御により得られる。
vx(i) = vxr1(i−1) (位置1のとき)
vx(i) = vxr2(i−1) (位置2のとき)
vx(i) = vxr3(i−1) (位置3のとき)
vx(i) = vxr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(4)
vy(i) = vyr1(i−1) (位置1のとき)
vy(i) = vyr2(i−1) (位置2のとき)
vy(i) = vyr3(i−1) (位置3のとき)
vy(i) = vyr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(5)
vz(i) = vzr(i)+vzr1(i−1) (位置1のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr2(i−1) (位置2のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr3(i−1) (位置3のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(6)
そして、電圧印加ののちしばらくして、位置センサによる方法や、画像情報から特徴を抽出し演算による方法などにより、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))を求める。そして、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))とあるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))とのずれを用いて、各位置における各アクチュエータに印加すべき端子間電圧を学習する。
vx(i) = vxr1(i−1) (位置1のとき)
vx(i) = vxr2(i−1) (位置2のとき)
vx(i) = vxr3(i−1) (位置3のとき)
vx(i) = vxr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(4)
vy(i) = vyr1(i−1) (位置1のとき)
vy(i) = vyr2(i−1) (位置2のとき)
vy(i) = vyr3(i−1) (位置3のとき)
vy(i) = vyr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(5)
vz(i) = vzr(i)+vzr1(i−1) (位置1のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr2(i−1) (位置2のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr3(i−1) (位置3のとき)
vz(i) = vzr(i)+vzr4(i−1) (位置4のとき) ・・・(6)
そして、電圧印加ののちしばらくして、位置センサによる方法や、画像情報から特徴を抽出し演算による方法などにより、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))を求める。そして、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))とあるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))とのずれを用いて、各位置における各アクチュエータに印加すべき端子間電圧を学習する。
具体的には、式(7)(8)(9)のように、位置1のとき、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果をvxr1(i)とし、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果をvyr1(i)とし、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果をzyr1(i)とする。位置2のとき、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果をvxr2(i)とし、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果をvyr2(i)とし、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果をzyr2(i)とする。位置3のとき、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果をvxr3(i)とし、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果をvyr3(i)とし、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果をzyr3(i)とする。位置4のとき、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果をvxr4(i)とし、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果をvyr4(i)とし、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果をzyr4(i)とする。
なお、ディジタルPI演算は、比例ゲインKp、積分ゲインKiを用いて、下記式(10)のように求める。ここで、Σは、1からiまでの総和を示す。なお、各PI演算のゲインは適宜設計される(そのため、同一であるとは限らない)。
vxr1(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
vxr2(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
vxr3(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
vxr4(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(7)
vyr1(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
vyr2(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
vyr3(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
vyr4(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(8)
vzr1(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置1のとき)
vzr2(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置2のとき)
vzr3(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置3のとき)
vzr4(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置4のとき)
・・・(9)
vxr1(i) = Kp・(xr(i)−x(i))
+ Σ{Ki・(xr(i)−x(i))} ・・・(10)
以上より、小型、薄型でありながら、ピント調整機能による優れた画質と、画質の劣化のない拡大写真機能を有するカメラモジュールを実現することが出来る。
vxr1(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
vxr2(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
vxr3(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
vxr4(i) = PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(7)
vyr1(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
vyr2(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
vyr3(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
vyr4(i) = PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(8)
vzr1(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置1のとき)
vzr2(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置2のとき)
vzr3(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置3のとき)
vzr4(i) = PI(zr(i)−z(i)) (位置4のとき)
・・・(9)
vxr1(i) = Kp・(xr(i)−x(i))
+ Σ{Ki・(xr(i)−x(i))} ・・・(10)
以上より、小型、薄型でありながら、ピント調整機能による優れた画質と、画質の劣化のない拡大写真機能を有するカメラモジュールを実現することが出来る。
このように、以上のように構成し動作させることにより、第1の実施の形態が実現する効果に加え、以下のような効果を有する。
各軸専用のステージを使用することなく、ステージ付レンズ210のみを動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、弾性体250a、250b、250c、250dによりステージ付レンズ210を支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、位置1、2、3、および4におけるx軸アクチュエータ243aに印加すべき電圧、y軸アクチュエータ243bに印加すべき電圧、およびz軸アクチュエータ233に重畳すべき端子間電圧を学習することにより、温度特性が変化するアクチュエータであっても、フォードフォワード制御で精度良く制御ができ、簡易な位置センサで十分な精度を実現できるため、カメラモジュールを小型化できる。
なお、第1の実施の形態において、ステージ付レンズ10を第1のピン50a、第2のピン50bで支持したが、第2の実施の形態の弾性体250a、250b、250c、205dで支持してもよい。弾性体250a、250b、250c、250dによりステージ付レンズ210を支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、実施の形態1において、撮像素子用ステージ22をボール64a、64b、64c、64dで支持したが、第2の実施の形態の弾性体250a、250b、250c、205dで支持してもよい。弾性体250a、250b、250c、250dによりステージ付レンズ210を支持することにより、移動量が小ストロークの場合において、弾性変形で十分対応でき、構造を簡単にできるため、カメラモジュールを小型化できる。また、衝撃耐性も強いため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
さらに、第2の実施の形態の弾性体250a、250b、250c、250dを導電性ゴムとし、例えば、弾性体250bをz軸アクチュエータ用コイル233の片端に、弾性体250cをy軸アクチュエータ用コイル243bの片端に、弾性体250dをx軸アクチュエータ用コイル243aの片端に、弾性体250aをz軸アクチュエータ用コイル233とy軸アクチュエータ用コイル243bとx軸アクチュエータ用コイル243aとの他端に接続し、給電してもよい。
このような構成により、配線数を低減でき、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、カメラモジュールを低コスト化できる。
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
第3の実施の形態のカメラモジュールの概要は、第1の実施の形態のカメラモジュールの概要と同様であり、図1で示されるため、説明を省略する。
図20は、本発明の第3の実施の形態のカメラモジュールの斜視図であり、図21は、本発明の第3の実施の形態のカメラモジュールの断面図である。ここで、実施の形態1と同様に、図20のように、x軸方向、y軸方向、およびz軸方向を定義する。
310は、ステージ付レンズであり、プラスチックやガラスなどから構成される。図22(a)は、本発明の第3の実施の形態のステージ付レンズの断面図であり、図22(b)は、本発明の第3の実施の形態のステージ付レンズの下面図である。
ステージ付レンズ310は、z方向に位置を移動する。また、z軸に垂直な面に対し、傾くように動作する。ステージ付レンズ310は、レンズ部311と、第1のアクチュエータ用穴312aと、第2のアクチュエータ用穴312bと、第3のアクチュエータ用穴312cと、第4のアクチュエータ用穴312dと、第1の上部電極314aと、第2の上部電極314bと、第3の上部電極314cと、第4の上部電極314dと、第1の下部電極315aと、第2の下部電極315bと、第3の下部電極315cと、第4の下部電極315dと、を含んで構成される。レンズ部311は、レンズ素子であり、光を曲げる役割をする。第1から第4のアクチュエータ用穴312a、312b、312c、312dは、後述のヨークが挿入される。333a、333b、333c、333dは、それぞれ第1から第4のアクチュエータ用コイルであり、後述する。図1におけるレンズ系1は、図20におけるレンズ部311を示す。
21は、撮像素子であり、第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
330aは、第1のアクチュエータである。図23(a)は、本発明の第3の実施の形態の第1のアクチュエータの上面図であり、図23(b)は、本発明の第3の実施の形態の第1のアクチュエータの断面図である。
第1のアクチュエータ330aは、第1のアクチュエータ用ヨーク331aと、第1のアクチュエータ用磁石332aと、第1のアクチュエータ用コイル333aと、を含んで構成される。第1のアクチュエータ用ヨーク331aは、鉄などの強磁性体の板をプレスなどで長方形に切断し、コの字状に折り曲げて形成する。第1のアクチュエータ用磁石332aは、希土類磁石を直方体に燒結形成したものから構成され、第1のアクチュエータ用ヨーク331aの内側の側面に配置され、図23に示すように着磁される。第1のアクチュエータ用コイル333aは、自己溶着線などで長方形状に積層巻回される。図20のように、第1のアクチュエータ用ヨーク331aは、後述のベース360の上面に配置される。また、図20、図22のように、第1のアクチュエータ用コイル333aは、ステージ付レンズ310の下面に第1のアクチュエータ用穴312aの周りを電流が回るように配置される。
330b、330c、および330dは、それぞれ第2のアクチュエータ、第3のアクチュエータ、および第4のアクチュエータである。第2のアクチュエータ330b、第3のアクチュエータ330c、および第4のアクチュエータ330dの構成は、第1のアクチュエータ330aと同様であり、説明を省略する。図20のように、第2のアクチュエータ用ヨーク331b、第3のアクチュエータ用ヨーク331c、および第4のアクチュエータ用ヨーク331dは、後述のベース360の上面に配置される。また、図20、図22のように、第2のアクチュエータ用コイル333b、第3のアクチュエータ用コイル333c、および第4のアクチュエータ用コイル333dは、ステージ付レンズ310の下面に、それぞれ第2のアクチュエータ用穴312b、第3のアクチュエータ用穴312c、および第4のアクチュエータ用穴312dの周りを電流が回るように配置される。
350aは、第1の支持部である。図24は、本発明の第3の実施の形態の第1の支持部の一部の断面図である。第1に支持部350aは、ステージ付レンズ310の保持と、第1のアクチュエータ用コイル335aへの通電と、を行う。図20のように、第1の支持部350aは、直方体の棒状の形状であり、例えば、プラスチックから形成される。第1の支持部350aの下部は、ベース360に接続される。第1の支持部350aの上部には、第1の支持部用上部板351aと、第1の支持部用下部板352aと、第1の支持部用横ストッパ353aと、第1の支持部用上部ブラシ354aと、第1の支持部用下部ブラシ355aと、を有する。第1の支持部用上部板351aと、第1の支持部用下部板352aと、第1の支持部用横ストッパ353aと、は、例えばプラスチックから形成され、棒状部と一体成形される。第1の支持部用上部ブラシ354aと、第1の支持部用下部ブラシ355aとは、例えば、金属板ばねのような、導電性弾性体の板から構成される。図24のように、第1の支持部用上部ブラシ354aの片端、および第1の支持部用下部ブラシ355aの片端は、それぞれ第1の支持部用上部板351aの先端部下部、および第1の支持部用下部板352aの先端部上部に取り付けられ、それぞれの他端は、第1の支持部用上部板351a、第1の支持部用下部板352a、および第1の支持部用横ストッパ353aの間の空間に向かって延びている。そして、ステージ付レンズ310は、端部が第1の支持部用上部ブラシ354aと第1の支持部下部ブラシ355aとに挟まれ、弾性により支持される。ここで、第1のアクチュエータ用コイル335aの両端である第1の上部電極314a、および第1の下部電極315aが、それぞれ第1の支持部用上部ブラシ354a、および第1の支持部用下部ブラシ355aと接触することにより、第1のアクチュエータ用コイル335aに通電される。また、ステージ付レンズ310の端部は丸められており、第1の上部電極314aと第1の支持部用上部ブラシ354aとの擦動抵抗を低減し、磨耗を防止し、アクチュエータに必要な力を低減する。さらに、落下等により、ステージ付レンズ310に強い衝撃が与えられても、第1の支持部用上部板351a、第1の支持部用下部板352a、および第1の支持部用横ストッパ353aで動作を制限し、離脱等を防止する。
350b、350c、および350dは、それぞれ第2の支持部、第3の支持部、および第4の支持部である。第2の支持部350b、第3の支持部350c、および第4の支持部350dは、ステージ付レンズ310の保持を行う。また、第2の支持部350b、第3の支持部350c、および第4の支持部350dは、それぞれ第2のアクチュエータ用コイル335bへの通電、第3のアクチュエータ用コイル335cへの通電、および第4のアクチュエータ用コイル335dへの通電を行う。第2の支持部350b、第3の支持部350c、および第4の支持部350dの構成は、図24の第1の支持部350aと同様であり、説明を省略する。
360は、ベースである。ベース360は、樹脂などで構成され、略長方形の板である。図20のように、ベース360は、ほぼ中央部に撮像素子21が配置される。また、第1のアクチュエータ用ヨーク331a、第2のアクチュエータ用ヨーク331b、第3のアクチュエータ用ヨーク331c、および第4のアクチュエータ用ヨーク331dの底面の形状とそれぞれ同一の形状を有する第1のアクチュエータ用掘り込み362a、第2のアクチュエータ用掘り込み362b、第3のアクチュエータ用掘り込み362c、および第1のアクチュエータ用掘り込み362dを有し、それぞれ第1のアクチュエータ用ヨーク331a、第2のアクチュエータ用ヨーク331b、第3のアクチュエータ用ヨーク331c、および第4のアクチュエータ用ヨーク331dが配置される。また、撮像素子21の受光部の中央と、レンズ部311の中央部がz軸方向にほぼ一致するように配置される。さらに、第1から第4の支持部350a、350b、350c、および350dが配置される。
次に動作について説明する。
第1のアクチュエータ用コイル333aの両端に電圧を印加し電流を流すことにより、以下のように、ステージ付レンズ310が移動する。図23のように、第1のアクチュエータ用磁石332aから第1のアクチュエータ用ヨーク331aの磁石が配置されない側に向かって磁束(Bで示す)が発生している。ここで、第1のアクチュエータ用コイル333aに上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、第1のアクチュエータ用コイル333には下向きのローレンツ力(Fで示す)が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、第1のアクチュエータ用コイル333は下向きに移動する。すなわち、ステージ付レンズ310において第1のアクチュエータ用コイル333aが配置された部分が下向きに移動する。反対に、第1のアクチュエータ用コイル333aに上面から見て左回りに電流を流すと、第1のアクチュエータ用コイル333aには上向きのローレンツ力が発生する。そして、この力が摩擦などよりも大きければ、第1のアクチュエータ用コイル233aコイルは上向きに移動する。すなわち、ステージ付レンズ310において第1のアクチュエータ用コイル333aが配置された部分が上向きに移動する。
第2のアクチュエータ230b、第3のアクチュエータ230c、および第4のアクチュエータ230dの動作は、第1のアクチュエータ230aと同様である。すなわち、第2のアクチュエータ用コイル333bに上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、ステージ付レンズ310において第2のアクチュエータ用コイル333bが配置された部分が下向きに移動する。反対に、第2のアクチュエータ用コイル333bに上面から見て左回りに電流を流すと、ステージ付レンズ310において第2のアクチュエータ用コイル333bが配置された部分が上向きに移動する。また、第3のアクチュエータ用コイル333cに上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、ステージ付レンズ310において第3のアクチュエータ用コイル333cが配置された部分が下向きに移動する。反対に、第3のアクチュエータ用コイル333cに上面から見て左回りに電流を流すと、ステージ付レンズ310において第3のアクチュエータ用コイル333cが配置された部分が上向きに移動する。さらに、第4のアクチュエータ用コイル333dに上面から見て右回りに電流(Iで示す)を流すと、ステージ付レンズ310において第4のアクチュエータ用コイル333dが配置された部分が下向きに移動する。反対に、第4のアクチュエータ用コイル333dに上面から見て左回りに電流を流すと、ステージ付レンズ310において第4のアクチュエータ用コイル333dが配置された部分が上向きに移動する。
ここで、第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dを用いて、上記の原理により、ステージ付レンズ310をz方向に位置を移動させる。また、z軸に垂直な面に対し、傾くように動作させる。
第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dにおいて、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、333dがz軸方向で上向きに移動するように電圧を印加すれば、ステージ付レンズ310は、z軸方向で上向きに移動する。反対に、第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dにおいて、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、333dがz軸方向で下向きに移動するように電圧を印加すれば、ステージ付レンズ310は、z軸方向で下向きに移動する。
また、第1のアクチュエータ330a、および第3のアクチュエータ330cにおいて、第1のアクチュエータ用コイル330aがz軸方向で上向きに、第3のアクチュエータ用コイル330cがz軸で下向きに移動するように電圧を印加すれば、図20において、ステージ付レンズ310は、y軸方向を回転中心として左が持ちあがり右側が下がるように傾く。反対に、第1のアクチュエータ330a、および第3のアクチュエータ330cにおいて、第1のアクチュエータ用コイル330aがz軸方向で下向きに、第3のアクチュエータ用コイル330cがz軸で上向きに移動するように電圧を印加すれば、図20において、ステージ付レンズ310は、y軸方向を回転中心として右が持ちあがり左側が下がるように傾く。
さらに、第2のアクチュエータ330b、および第4のアクチュエータ330dにおいて、第2のアクチュエータ用コイル330bがz軸方向で上向きに、第4のアクチュエータ用コイル330dがz軸で下向きに移動するように電圧を印加すれば、図20において、ステージ付レンズ310は、z軸方向を回転中心として奥側が持ちあがり手前側が下がるように傾く。反対に、第2のアクチュエータ330b、および第4のアクチュエータ330dにおいて、第2のアクチュエータ用コイル330bがx軸方向で下向きに、第4のアクチュエータ用コイル330dがz軸で上向きに移動するように電圧を印加すれば、図20において、ステージ付レンズ310は、x軸方向を回転中心として奥側が下がり手前側が持ちあがるように傾く。
このように、第1〜第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dにより、z軸方向である撮像平面と垂直方向(光軸方向)にステージ付レンズ310を移動させる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向に変化させる。
また、第1のアクチュエータ330a、および第3のアクチュエータ330cにより、y軸方向を回転中心としてステージ付レンズ310を傾ける。すると、x軸方向である撮像平面の1方向(図15において左右方向)にステージ付レンズ310への移動と同様の効果が得られる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直な1方向に変化させる。
さらに、第2のアクチュエータ330b、および第4のアクチュエータ330dにより、x軸方向を回転中心としてステージ付レンズ310を傾ける。すると、y軸方向である撮像平面の1方向(図15において左右方向)にステージ付レンズ310への移動と同様の効果が得られる。すなわち、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に垂直なもう1方向に変化させる。
以上のような第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dを有することにより、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系1の光軸方向に平行な方向と、互いに垂直な2方向に変化させることができるため、以下のように、ピント合わせ、解像度が劣化しない電子ズームを同時に実現する。
撮像素子2を光軸方向に移動させることにより、ピント合わせが可能となることは明白であるため、ここでは説明を割愛する。また、解像度が劣化しない電子ズームの方法は第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
ここで、各アクチュエータの制御方法を説明する。
第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、および330dは、演算回路4や、カメラモジュールの上位の演算回路において、オートフォーカス制御を行い、ステージ付レンズ310を上昇させると判断したとき、上昇させる方向に第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、および333dの両端の電圧を変化させる。
x軸中心に傾ける動作、およびy軸中心に傾ける動作は、高速に変化させる必要があるため、フィードバック制御するためには、精度のよいセンサと高速な演算回路とが必要である。しかし、精度のよいセンサや高速な演算回路はサイズが大きく、カメラモジュールを小型化できない。そこで、フィードフォワード制御がのぞましいが、第1から第4の支持体用上部ブラシ354a、354b、354c、354d、および第1から第4の支持体用下部ブラシ355a、355b、355c、355dは、温度変化や経年変化によりその弾性係数や擦動抵抗が変化する。そこで、それぞれの位置(2倍ズームの場合において、1、2、3、4)に与えるべき第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、333dの端子間電圧の重畳電圧の初期値をフィードフォワード的に与え、各位置(2倍ズームの場合において、1、2、3、4)に停止時の実際の位置を求め、本来停止すべき位置からのずれに基づき、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、333dに重畳すべき端子間電圧を学習し、フィードフォワード的に与える。
具体的には、2倍ズームの場合、以下のように動作させる。
まず、下記式(11)(12)(13)(14)のように、初期値を設定する。v1r1(i)、v1r2(i)、v1r3(i)、v1r4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第1のアクチュエータ用コイル333aに重畳すべき端子間電圧であり、v1r10、v1r20、v1r30、v1r40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第1のアクチュエータ用コイル333aに重畳すべき端子間電圧の初期値である。
また、v2r1(i)、v2r2(i)、v2r3(i)、v2r4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第2のアクチュエータ用コイル333bに重畳すべき端子間電圧であり、v2r10、v2r20、v2r30、v2r40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第2のアクチュエータ用コイル333bに重畳すべき端子間電圧の初期値である。
また、v3r1(i)、v3r2(i)、v3r3(i)、v3r4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第3のアクチュエータ用コイル333cに重畳すべき端子間電圧であり、v3r10、v3r20、v3r30、v3r40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第3のアクチュエータ用コイル333cに重畳すべき端子間電圧の初期値である。
また、v4r1(i)、v4r2(i)、v4r3(i)、v4r4(i)は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第4のアクチュエータ用コイル333dに重畳すべき端子間電圧であり、v4r10、v4r20、v4r30、v4r40は、それぞれ位置1、2、3、4の位置のときのための第4のアクチュエータ用コイル333dに重畳すべき端子間電圧の初期値である。
ここで、実施の形態2と同様に、iはi番目の画像を得るときであることを示す。このiは、1枚の画像を作成するための画像を取り込む間だけ一定値を保持し、次の画像を作成するための画像を得るときに1だけ増やす。すなわち、位置1から位置2に移動し画像を取り込むまで、位置2から位置3に移動し画像を取り込むまで、位置3から位置4に移動し画像を取り込むまで、一定値を保持する。その後、iを1だけ増加し、位置4から位置1に移動し画像を取り込むまで、一定値を保持し、その後のiに関する動作は繰り返し行う。なお、iの初期値は1である。式(11)(12)(13)(14)において、i=0であることは、初期値を示す。
v1r1(0)=v1r10 (位置1用)
v1r2(0)=v1r20 (位置2用)
v1r3(0)=v1r30 (位置3用)
v1r4(0)=v1r40 (位置4用) ・・・(11)
v2r1(0)=v2r10 (位置1用)
v2r2(0)=v2r20 (位置2用)
v2r3(0)=v2r30 (位置3用)
v2r4(0)=v2r40 (位置4用) ・・・(12)
v3r1(0)=v3r10 (位置1用)
v3r2(0)=v3r20 (位置2用)
v3r3(0)=v3r30 (位置3用)
v3r4(0)=v3r40 (位置4用) ・・・(13)
v4r1(0)=v4r10 (位置1用)
v4r2(0)=v4r20 (位置2用)
v4r3(0)=v4r30 (位置3用)
v4r4(0)=v4r40 (位置4用) ・・・(14)
次に、下記式(15)(16)(17)(18)のように、各アクチュエータの端子間に電圧を印加する。v1(i)、v2(i)、v3(i)、およびv4(i)は、それぞれ、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、および333dに印加する端子間電圧である。
v1r1(0)=v1r10 (位置1用)
v1r2(0)=v1r20 (位置2用)
v1r3(0)=v1r30 (位置3用)
v1r4(0)=v1r40 (位置4用) ・・・(11)
v2r1(0)=v2r10 (位置1用)
v2r2(0)=v2r20 (位置2用)
v2r3(0)=v2r30 (位置3用)
v2r4(0)=v2r40 (位置4用) ・・・(12)
v3r1(0)=v3r10 (位置1用)
v3r2(0)=v3r20 (位置2用)
v3r3(0)=v3r30 (位置3用)
v3r4(0)=v3r40 (位置4用) ・・・(13)
v4r1(0)=v4r10 (位置1用)
v4r2(0)=v4r20 (位置2用)
v4r3(0)=v4r30 (位置3用)
v4r4(0)=v4r40 (位置4用) ・・・(14)
次に、下記式(15)(16)(17)(18)のように、各アクチュエータの端子間に電圧を印加する。v1(i)、v2(i)、v3(i)、およびv4(i)は、それぞれ、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、および333dに印加する端子間電圧である。
位置1のとき、第1のアクチュエータ用コイル333aの端子間にvzr(i)+v1r1(i−1)を印加し、第2のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v2r1(i−1)を印加し、第3のアクチュエータ用コイル333cの端子間にvzr(i)+v3r1(i−1)を印加し、第4のアクチュエータ用コイル333dの端子間にvzr(i)+v4r1(i−1)を印加する。
また、位置2のとき、第1のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v1r2(i−1)を印加し、第2のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v2r2(i−1)を印加し、第3のアクチュエータ用コイル333cの端子間にvzr(i)+v3r2(i−1)を印加し、第4のアクチュエータ用コイル333dの端子間にvzr(i)+v4r2(i−1)を印加する。
また、位置3のとき、第1のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v1r3(i−1)を印加し、第2のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v2r3(i−1)を印加し、第3のアクチュエータ用コイル333cの端子間にvzr(i)+v3r3(i−1)を印加し、第4のアクチュエータ用コイル333dの端子間にvzr(i)+v4r3(i−1)を印加する。
また、位置4のとき、第1のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v1r4(i−1)を印加し、第2のアクチュエータ用コイル333bの端子間にvzr(i)+v2r4(i−1)を印加し、第3のアクチュエータ用コイル333cの端子間にvzr(i)+v3r4(i−1)を印加し、第4のアクチュエータ用コイル333dの端子間にvzr(i)+v4r4(i−1)を印加する。
ここで、i>2のとき、v1r1(i)、v1r2(i)、v1r3(i)、v1r4(i)、v2r1(i)、v2r2(i)、v2r3(i)、v2r4(i)、v3r1(i)、v3r2(i)、v3r3(i)、v3r4(i)、v4r1(i)、v4r2(i)、v4r3(i)、v4r4(i)は、後述の方法で学習された値を用いる。また、vzr(i)はステージ付レンズ310全体をz軸方向に移動するために印加すべき電圧であり、前述のオートフォーカス制御により得られる。
v1(i) = vzr(i)+v1r1(i−1) (位置1のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r2(i−1) (位置2のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r3(i−1) (位置3のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(15)
v2(i) = vzr(i)+v2r1(i−1) (位置1のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r2(i−1) (位置2のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r3(i−1) (位置3のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(16)
v3(i) = vzr(i)+v3r1(i−1) (位置1のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r2(i−1) (位置2のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r3(i−1) (位置3のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(17)
v4(i) = vzr(i)+v4r1(i−1) (位置1のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r2(i−1) (位置2のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r3(i−1) (位置3のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(18)
そして、電圧印加ののちしばらくして、位置センサによる方法や、画像情報から特徴を抽出し演算による方法などにより、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))を求める。そして、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))とあるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))とのずれを用いて、各位置における各アクチュエータに印加すべき端子間電圧を学習する。
v1(i) = vzr(i)+v1r1(i−1) (位置1のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r2(i−1) (位置2のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r3(i−1) (位置3のとき)
v1(i) = vzr(i)+v1r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(15)
v2(i) = vzr(i)+v2r1(i−1) (位置1のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r2(i−1) (位置2のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r3(i−1) (位置3のとき)
v2(i) = vzr(i)+v2r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(16)
v3(i) = vzr(i)+v3r1(i−1) (位置1のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r2(i−1) (位置2のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r3(i−1) (位置3のとき)
v3(i) = vzr(i)+v3r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(17)
v4(i) = vzr(i)+v4r1(i−1) (位置1のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r2(i−1) (位置2のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r3(i−1) (位置3のとき)
v4(i) = vzr(i)+v4r4(i−1) (位置4のとき)
・・・(18)
そして、電圧印加ののちしばらくして、位置センサによる方法や、画像情報から特徴を抽出し演算による方法などにより、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))を求める。そして、実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))とあるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))とのずれを用いて、各位置における各アクチュエータに印加すべき端子間電圧を学習する。
具体的には、式(19)(20)(21)(22)のように、位置1のとき、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv1r1(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv2r1(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv3r1(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv4r1(i)とする。
また、位置2のとき、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv1r2(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv2r2(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv3r2(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv4r2(i)とする。
また、位置3のとき、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv1r3(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv2r3(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv3r3(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv4r3(i)とする。
また、位置4のとき、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv1r4(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の加算結果をv2r4(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、x軸のあるべき位置xr(i)と実際の位置x(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv3r4(i)とする。また、z軸のあるべき位置zr(i)と実際の位置z(i)との差をディジタルPI演算した結果と、y軸のあるべき位置yr(i)と実際の位置y(i)との差をディジタルPI演算した結果と、の減算結果をv4r4(i)とする。
なお、ディジタルPI演算は、第1の比例ゲインKp1、第2の比例ゲインKp2、第1の積分ゲインKi1、第2の積分ゲインKi2を用いて、下記式(23)のように求める。ここで、Σは、1からiまでの総和を示す。式(23)のように、z軸に関するゲインとxy軸に関するゲインをそれぞれ適宜設定する。xとy軸に関するゲインは、ステージ付レンズ310、第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330d、および第1から第4の支持部350a、350b、350c、350dの構造の対称性より、同一とすることで精度よい学習ができる。
v1r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
v1r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
v1r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
v1r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(19)
v2r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
v2r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
v2r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
v2r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(20)
v3r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
v3r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
v3r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
v3r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(21)
v4r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
v4r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
v4r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
v4r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(22)
v1r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
+ Kp2・(xr(i)−x(i))
+ Σ{Ki2・(xr(i)−x(i))}
v2r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
+ Kp2・(yr(i)−y(i))
+ Σ{Ki2・(yr(i)−y(i))}
v3r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
− Kp2・(xr(i)−x(i))
− Σ{Ki2・(xr(i)−x(i))}
v4r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
− Kp2・(yr(i)−y(i))
− Σ{Ki2・(yr(i)−y(i))} ・・・(23)
なお、上記では実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))と、あるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))を用いたが、x、yの代わりに傾ける角度を用いて学習してもよい。
v1r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
v1r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
v1r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
v1r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(19)
v2r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
v2r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
v2r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
v2r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
+ PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(20)
v3r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置1のとき)
v3r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置2のとき)
v3r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置3のとき)
v3r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(xr(i)−x(i)) (位置4のとき)
・・・(21)
v4r1(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置1のとき)
v4r2(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置2のとき)
v4r3(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置3のとき)
v4r4(i) = PI(zr(i)−z(i))
− PI(yr(i)−y(i)) (位置4のとき)
・・・(22)
v1r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
+ Kp2・(xr(i)−x(i))
+ Σ{Ki2・(xr(i)−x(i))}
v2r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
+ Kp2・(yr(i)−y(i))
+ Σ{Ki2・(yr(i)−y(i))}
v3r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
− Kp2・(xr(i)−x(i))
− Σ{Ki2・(xr(i)−x(i))}
v4r1(i) = Kp1・(zr(i)−z(i))
+ Σ{Ki1・(zr(i)−z(i))}
− Kp2・(yr(i)−y(i))
− Σ{Ki2・(yr(i)−y(i))} ・・・(23)
なお、上記では実際の位置(x(i)、y(i)、z(i))と、あるべき位置(xr(i)、yr(i)、zr(i))を用いたが、x、yの代わりに傾ける角度を用いて学習してもよい。
以上より、小型、薄型でありながら、ピント調整機能による優れた画質と、画質の劣化のない拡大写真機能を有するカメラモジュールを実現することが出来る。
このように、以上のように構成し動作させることにより、第1の実施の形態、および第2の実施の形態が実現する効果に加え、以下のような効果を有する。
各軸専用のステージを使用することなく、ステージ付レンズ310のみを動作させることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、アクチュエータを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。
また、ステージ付レンズ310を傾け、レンズ系1と撮像素子2との相対位置をレンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作をさせることにより、動作させる負荷を低減し、アクチュエータの必要出力を抑制し、第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dを小型化できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、第1から第4のアクチュエータ330a、330b、330c、330dの構成は同一であり、部品種類を削減し、カメラモジュールの低コスト化を実現する。また、容易に光路を変更できるため、容易に手ぶれ補正できる。
また、第1から第4の支持部350a、350b、350c、350dにおいて、第1から第4の支持部用上部ブラシ354a、354b、354c、354d、第1から第4の支持部下部ブラシ355a、355b、355c、355dが、ステージ付レンズ310を支持するばねと、第1から第4のアクチュエータ用コイル333a、333b、333c、333dへの給電のブラシと、を兼用することにより、コイルへの給電部を削減できるため、カメラモジュールを小型化できる。また、部品点数削減により、低コスト化できる。
また、第1から第4の支持部350a、350b、350c、350dにおいて、第1から第4の支持部用上部板351a、351b、351c、351dをステージ付レンズ310の上部に配置し、第1から第4の支持部用下部板352a、352b、352c、352dをステージ付レンズ310の下部に配置することにより、落下等の衝撃に対するz軸向きのストッパーとして機能し、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、第1から第4の支持部350a、350b、350c、350dにおいて、第1から第4の支持部用ストッパ353a、353b、353c、353dを、第4の支持部用上部板351a、351b、351c、351dと、第1から第4の支持部用下部板352a、352b、352c、352dとの間に設けることにより、落下等の衝撃に対するxy軸向きのストッパーとして機能し、カメラモジュールの信頼性を向上できる。
また、ステージ付レンズ310の端部に丸みを付けることにより、第1から第4の上部電極314a、314b、314c、314dと第1の支持部用上部ブラシ354a、354b、354c、354dとの擦動抵抗を低減し、磨耗を防止し、アクチュエータに必要な出力を低減するため、アクチュエータを小型化し、カメラモジュールを小型化できる。また、擦動抵抗を低減し、磨耗を防止するため、カメラモジュールの信頼性を向上できる。さらに、ステージ付レンズ310の端部に丸みを付けることにより、第1から第4の下部電極315a、315b、315c、315dと第1の支持部用下部ブラシ355a、355b、355c、355dも同様であり、カメラモジュールの小型化、および信頼性向上を実現できる。
本発明のカメラモジュールは、レンズと撮像素子との相対位置を替えることで、小型、薄型で、手ぶれ補正機能、拡大写真機能、自動焦点機能を実現するため、カメラ機能を備えた携帯電話、デジタルスチルカメラ、監視用カメラなどに有用である。
1 レンズ系
2、21 撮像素子
3 移動部
4 演算回路
10 ステージ付レンズ
11 レンズ部
22 撮像素子用ステージ
30 z軸アクチュエータ
40a x軸アクチュエータ
40b y軸アクチュエータ
50a 第1のピン
50b 第2のピン
60 ベース
2、21 撮像素子
3 移動部
4 演算回路
10 ステージ付レンズ
11 レンズ部
22 撮像素子用ステージ
30 z軸アクチュエータ
40a x軸アクチュエータ
40b y軸アクチュエータ
50a 第1のピン
50b 第2のピン
60 ベース
Claims (14)
- 少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、
少なくとも1つの前記レンズは、ステージ部を備えるステージ付レンズであり、
前記移動手段は、前記ステージ付レンズを支持するレンズ用支持手段と、
前記ステージ付レンズを移動させる少なくもと1つのアクチュエータと、
を有するカメラモジュール。 - 前記ステージ付レンズは、略直方体であることを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。
- 前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、
前記コイルは、前記ステージ付レンズに配置されることを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。 - 前記ステージ付レンズは、外周に溝が配置され、
前記コイルは、前記溝に巻回されることを特徴とする請求項3に記載のカメラモジュール。 - 前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、
前記ステージ付レンズは、穴が配置され、
前記ヨークは、片端が前記穴にギャップを有し挿入されることを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。 - 前記ステージ付レンズは、少なくとも1つの穴が配置され、
前記支持部は、前記穴に挿入されるピンを有することを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。 - 前記移動手段は、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に平行な方向に変化させる動作と、を有することを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。
- 前記移動手段は、前記ステージ付レンズを光軸方向に平行な方向に変化させることにより前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に平行な方向に変化させる動作を実現し、前記ステージ付レンズを光軸方向に垂直な方向から傾けることにより前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を前記レンズ系の光軸方向に垂直な方向に変化させる動作を実現することを特徴とする請求項7に記載のカメラモジュール。
- 前記支持部は、弾性体であり、端部がステージ付レンズに固定されることを特徴とする請求項1、または請求項8に記載のカメラモジュール。
- 前記アクチュエータは、磁石と、前記磁石と磁路を形成するヨークと、前記磁路を鎖交するコイルと、を有し、
前記コイルは、前記ステージ付レンズに配置され、両端子がそれぞれ電極としてステージ付レンズに配置され、
前記支持部は、導電性弾性体と、前記導電性弾性体を支持する支持棒と、有し、
前記導電性弾性体は、端部が板状であり、前記端部が前記電極と接触することを特徴とする請求項1、または請求項8に記載のカメラモジュール。 - 少なくとも1枚のレンズよりなるレンズ系と、撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との相対位置を変化させる移動手段と、前記撮像素子の検出情報より検出画像を作り上げる機能を有する演算回路と、を有するカメラモジュールにおいて、
前記撮像素子が配置される1つの撮像素子ステージを有し、
前記移動手段は、前記撮像素子ステージを移動させる少なくとも2つ以上のアクチュエータを有することを特徴とするカメラモジュール。 - 前記移動手段は、前記撮像素子ステージの移動を規定するガイドを有し、前記ガイドを利用し位置決めすることを特徴とする請求項11に記載のカメラモジュール。
- 前記支持部は、弾性体であり、端部が撮像素子ステージに固定されることを特徴とする請求項11に記載のカメラモジュール。
- 前記移動手段は、前記ステージ付レンズと前記撮像素子ステージとの少なくとも1つの位置を測定し、あるべき位置と比較し、学習を行うことを特徴とする請求項1から請求項13に記載のカメラモジュール。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004024293A JP2005217928A (ja) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | カメラモジュール |
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JP2004024293A Withdrawn JP2005217928A (ja) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | カメラモジュール |
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-
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- 2004-01-30 JP JP2004024293A patent/JP2005217928A/ja not_active Withdrawn
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